三維動態仿真技術在大型涂裝線設計中的應用

摘 要：應用三維動態仿真技術可以通過計算機技術進行精確計算和驗證分析，減少設計與開發時間，提高系統方案的可行性，減少運營瓶頸的風險，可根據仿真報告提供的數據對系統進行優化設計選擇，做出科學決策。介紹了動態仿真技術在大型涂裝線設計中的應用方法。

關鍵詞：動態仿真；涂裝線；AUTOMOD；計算機

1 動態仿真技術應用和方法：

（1）計算機仿真軟件。適于三維動態仿真的軟件有許多，常用的軟件有AutoMod和Flexsim等軟件。其中AUTOMOD是目前比較成熟的三維物流仿真軟件，可以通過C語言編程對你所需要的復雜動作進行最接近真實的仿真。它主要包括了三大模塊：AutoMod、AutoStat和AutoView。（1）AutoMod模塊：提供給用戶一系列的物流系統模塊來仿真現實世界中的物流自動化系統。（2）AutoView：可以允許用戶通過AutoMod模型定義場景和攝像機的移動，產生高質量的AVI格式的動畫，用戶可以縮放或者平移視圖，或使攝像機跟蹤一個物體的移動。（3）Autostat：為仿真項目提供增強的統計分析工具，由用戶定義測量和實驗的標準，自動在AutoMod的模型上執行統計分析。

（2）建立仿真模型。根據涂裝車間平面布置、輸送系統路線、工藝流程建立系統的計算機動態仿真模型，并確立系統基本設備的運行參數。

（3）編寫邏輯控制程序。根據涂裝車間的工藝流程和系統的邏輯控制關系設置工件運行的規則，以及工件在工藝過程中所需要的工藝時間等編寫邏輯控制程序。

（4）運行仿真系統。將涂裝車間的產能要求、工作時間、設備利用率、生產節拍、各工序工藝時間、各工序工藝鏈速等參數輸入仿真模型系統，運行此仿真系統。

（5）仿真結果分析和優化。根據動態仿真的運行結果進行分析，分析系統是否存在瓶頸，流程是否暢通，產能能否滿足需求。如果系統運行后，結果有不理想之處，要分析原因，調整方案或者修改參數，進行優化設計，直至能夠滿足涂裝車間的生產要求。最終生成三維動畫輸出結果及仿真報告，為項目管理者和設計者提供參考依據。采用計算機動態仿真技術，業主和設計人員可以在實際生產系統未建立前就能夠直觀地看到并了解涂裝車間實際運行的全部信息，便于項目管理者和設計者對方案進行優化。

2 動態仿真技術在大型涂裝線設計中的應用實例

（1）根據涂裝車間平面布置圖、輸送系統路線、工藝流程建立仿真模型。

現代化的涂裝車間平面布置大多采用三層廠房結構，根據潔凈度要求不同和功能不同進行分區。一般主要操作層設置在二層，送排風系統和烘干爐設置在三層，一層設置輔助設施。建立仿真模型范圍：從工件移載至前處理電泳橇體開始，到涂裝完畢的工件移至總裝輸送機結束。涂裝主要工序包括：前處理電泳工序、電泳打磨工序、密封工序、中涂噴漆工序、中涂打磨工序、面涂噴漆工序、拋光/檢查工序、點修工序、注蠟工序和橇體儲存及返回。

（2）動態仿真參數輸入。

動態仿真所需要輸入參數包括：工件尺寸；詳細工作時間安排；各工序的工件節距、節拍、工藝鏈速；各工序間輸送機的移動速度及動作；擬采用的設備開動率；大返修率；小返修率

（3）運行動態仿真系統。

涂裝車間的動態仿真條件通常分為以下幾種條件，以達到不同的目的：（1）條件-0，輸入條件“100%負荷條件”，目的“驗證100%負荷下的生產能力”；（2）條件-1，輸入條件“設計負荷”，目的“驗證設計負荷下的生產能力，尋找瓶頸點”；（3）條件-2，輸入條件“在設計負荷下修改參數”，目的“改善瓶頸點，并進行驗證”；（4）條件-3，輸入條件“分解工序運行”，目的“消除上下工序影響，驗證各工序之間對產能的影響”；（5）條件-4，輸入條件“優化設計后進行驗證”，目的“研究如何達到目標產能”。輸入參數后運行仿真系統，為了能得到更接近實際的結果，先進行車間填充以基本達到正常生產狀態，然后進行100班左右的仿真運行時間。

（4）動態仿真數據、報告。

包括：①統計：可對多種概率分布（均勻、正態、指數、愛爾朗、經驗分布等）進行統計分析，并帶有隨機數生成器。 ②分析：輸入數據分析包括：數據設置分析、最合適建議等，并可導入微軟的Excel的數據。輸出數據分析包括：可輸出隊列曲線圖、柱狀圖、餅狀圖等，動態圖表顯示，用戶自定義圖表格式，并可將數據輸出到微軟的Excel中。③動畫和文檔：可產生二維、三維動畫，可對攝像機進行移動，縮放，旋轉。可按功能性或元素排序自動生成模型文檔，產生仿真事件跟蹤報告，輸入參數值列表等。

（5）找出瓶頸并優化，驗證結果。

根據仿真的結果，我們可以：①找出瓶頸：對比我們的設定，找出不滿足設計生產能力的環節。②優化： 修改設備利用率、運行速度、增減緩沖區等參數，找出影響最大的項目并最終設置為合理值。③驗證結果：利用仿真結果驗證各緩沖區的容量是否過大或過小；載物車的數量是否能夠滿足實際需要；各工藝段對相鄰設備的最大影響時間等等。